左崗永

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 太原研究院， 山西 太原 030006)

0 引言

履帶式設(shè)備在煤礦中應(yīng)用較多，如掘進(jìn)設(shè)備、連采設(shè)備、錨桿支護(hù)設(shè)備等。但井下行走工況惡劣，設(shè)備發(fā)熱現(xiàn)象嚴(yán)重制約其使用性能。履帶式錨桿支護(hù)設(shè)備是一種快速、安全、經(jīng)濟(jì)的巷道支護(hù)方式，可顯著提高支護(hù)效果，降低成本，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)環(huán)境，保證安全生產(chǎn)，有利于采煤工作面快速推進(jìn)[1-2]。錨桿鉆車(chē)是支護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的主要載體，是煤礦井下生產(chǎn)至關(guān)重要的支護(hù)設(shè)備[3]，熱平衡是整機(jī)性能評(píng)定的主要指標(biāo)之一，通過(guò)對(duì)行走系統(tǒng)的熱平衡進(jìn)行計(jì)算，為行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供依據(jù)。

1 整機(jī)液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介

整機(jī)液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件多、動(dòng)作復(fù)雜，各執(zhí)行元件對(duì)力和速度的要求差別大，整機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選用負(fù)載敏感開(kāi)式變量系統(tǒng)。開(kāi)式變量系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1) 實(shí)現(xiàn)恒功率控制，節(jié)約能源。

2) 通過(guò)壓力切斷，實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、減少系統(tǒng)發(fā)熱。

3) 通過(guò)負(fù)載敏感控制，實(shí)現(xiàn)流量和壓力的匹配，減少系統(tǒng)發(fā)熱，實(shí)現(xiàn)多個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作的無(wú)干擾控制[4-5]。

負(fù)載敏感也叫負(fù)載反饋，是依靠負(fù)載壓力控制泵變量的一種閉環(huán)控制系統(tǒng)[6]。負(fù)載敏感系統(tǒng)控制方式的優(yōu)先級(jí)為壓力切斷優(yōu)先于恒功率控制，恒功率控制和壓力切斷優(yōu)先于負(fù)載敏感[7]。

某型履帶式錨桿支護(hù)設(shè)備行走系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。

表1 行走系統(tǒng)參數(shù)

2 行走系統(tǒng)簡(jiǎn)介

行走液壓系統(tǒng)主要由負(fù)載敏感變量泵、負(fù)載敏感多路閥、左右側(cè)行走馬達(dá)和行走先導(dǎo)操作閥組組成。

行走液壓系統(tǒng)原理如圖1所示。行走系統(tǒng)中液壓泵排出的高壓油經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入行走閥，經(jīng)行走閥進(jìn)入到左右側(cè)行走馬達(dá)。行走先導(dǎo)控制手柄輸出線性的先導(dǎo)壓力信號(hào)，控制行走閥的動(dòng)作方向和開(kāi)口大小，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎動(dòng)作以及行走的無(wú)級(jí)調(diào)速。

1-過(guò)濾器; 2-液壓泵站; 3-行走閥; 4-左側(cè)行走馬達(dá); 5-右側(cè)行走馬達(dá); 6-行走先導(dǎo)操作閥組

3 行走系統(tǒng)熱平衡計(jì)算

行走系統(tǒng)的發(fā)熱部分包括：液壓泵的發(fā)熱、行走馬達(dá)的發(fā)熱、管路的發(fā)熱及行走閥的發(fā)熱4個(gè)部分。

1) 液壓泵的發(fā)熱功率p1:

p1=pZqZ(1-ηp)

(1)

式中：pZ為行走系統(tǒng)液壓泵輸出壓力；qZ為行走系統(tǒng)液壓泵輸出流量；ηp為液壓泵的總效率。

2) 行走馬達(dá)的發(fā)熱功率p2：

p2=pZ1qZ1(1-ηZm)

(2)

式中：pZ1為行走馬達(dá)壓力；qZ1為行走馬達(dá)流量；ηZm為行走馬達(dá)的總效率。

3) 行走管路的發(fā)熱功率p3：

p3=ΔpZ1qZ

(3)

式中：ΔpZ1為行走管路兩端壓差。

4) 行走閥的發(fā)熱功率p4：

p4=ΔpZ2qZ

(4)

式中：ΔpZ2為行走閥兩端壓差。

5) 行走系統(tǒng)總的發(fā)熱功率p：

p=p1+p2+p3+p4

(5)

6) 系統(tǒng)熱平衡計(jì)算

(6)

通過(guò)計(jì)算，得到行走系統(tǒng)總的發(fā)熱功率為28.8 kW，油箱有效容積1 400 L，環(huán)境溫度18℃，油溫升到70℃時(shí)所需要的時(shí)間t=86.1 min。

4 行走系統(tǒng)測(cè)試

錨桿鉆車(chē)在以最大速度行走，分別測(cè)量泵出口壓力、泵的輸出流量和行走換向閥各口的壓力和流量。

行走系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到行走液壓系統(tǒng)的實(shí)際功率損失為29.2 kW。

表2 行走系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)行走系統(tǒng)熱功率的計(jì)算和測(cè)試，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算對(duì)比，驗(yàn)證了發(fā)熱功率理論計(jì)算的正確性。為減少行走系統(tǒng)功率損失，必須要減少液壓泵、液壓馬達(dá)和液壓閥的發(fā)熱功率，提高液壓泵和液壓馬達(dá)的效率，可選用壓降小的液壓閥，同時(shí)液壓管路要短，布置要合理，壓力損失盡量小。同時(shí)做好發(fā)熱元件的散熱，在必要的條件下需配備外置的冷卻器對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)制散熱。